Critical condition for the transformation from Taylor cone to cone-jet

An energy method is proposed to investigate the critical transformation condition from a Taylor cone to a cone-jet. Based on the kinetic theorem, the system power allocation and the electrohydrodynamics stability are discussed. The numerical results indicate that the energy of the liquid cone tip experiences a maximum value during the transformation. With the proposed jetting energy, we give the critical transformation condition under which the derivative of jetting energy with respect to the surface area is greater than or equal to the energy required to form a unit of new liquid surface.

熔体静电纺丝纤维细化技术研究进展

聚合物熔体静电纺丝技术是纳米纤维绿色高效制备的重要途径。但受限于熔体黏度高、导电性差和射流冷却快,制备纤维的平均直径往往分布在数百纳米至几十微米,远未达到直径小于100 nm的纳米材料。熔体电纺过程涉及驱动力、表面张力、熔体黏度和射流热交换速率等多种影响成型纤维直径的因素,各因素间相互影响,这使得熔体静电纺丝的纤维细化机理极其复杂。为此,文中从熔体泰勒锥形成和射流牵伸细化2个阶段出发,归纳分析了现有熔体电纺纤维细化研究的方法、工艺及材料体系对纤维直径的影响。研究表明,通过装置设计、材料体系调控和工艺优化来缩小泰勒锥尺寸、增大驱动力、降低熔体黏度并尽量延长射流牵伸细化时间是纤维细化的关键。射流运动状态与温度变化检测系统的设计、高电导率低黏度绿色纺丝专用料的开发以及吹-吸热气流辅助纺丝系统的设计等是熔体电纺纤维细化的研究趋势。

基于正交设计的柱锥结合药型罩多参数结构优化

为了改善柱锥结合药型罩形成的射流稳定性较差,侵彻能力有待提高的问题,通过正交优化设计,改变柱型药型罩材料、柱型药型罩高度h以及柱型药型罩顶部厚度b,研究柱锥结合药型罩射流成型的断裂前头部速度、断裂时间、有效长度综合的最优方案组合。选取L25(56)正交优化表,通过AUTODYN软件进行数值仿真,得到了3个因素对3个指标影响程度的主次顺序。结果表明:射流断裂前头部速度的影响因素依次为:柱型药型罩高度、材料、顶部厚度;射流断裂时间的影响因素:柱型药型罩的材料和高度相同,其次为顶部厚度;射流有效长度的影响因素依次为:柱型药型罩的材料、高度、顶部厚度;综合分析,得到方案A:NICKEL,h=10 mm,b=1.5 mm,方案B:NICKEL,h=10 mm,b=2 mm形成的射流整体效果较好。

针状电极静电雾化机理与实验研究

为改善微量润滑切削加工中微液滴飞移飘散、切削液利用率低等技术问题,探讨针状电极高压电场对微液滴粒径变化和粒径分布的影响规律。结合润滑剂荷电特性和针状电极电场分布特征建立锥射流雾化模型,并利用数值分析软件对模型进行求解,设计静电雾化效果观测实验以验证针状电极锥射流雾化机理。研究结果表明,雾滴粒径随气压和电压的升高均出现降低的趋势,在0.1 MPa时粒径细化最为明显,总体降低了34.67%,同时分布跨度R.S值降低了20%,实验结果与雾化模型计算值基本符合,三种气压条件下,随着电压升高PM10和PM2.5百分比浓度也有不同程度的降低。因此,高压电场对雾滴粒径具有明显的细化作用,还能明显抑制PM10和PM2.5细小颗粒的产生。

辅助药型罩对射流性能的影响

辅助药型罩结构能实现超聚能效应,有效地提高破甲威力。为了研究辅助药型罩对射流性能的影响,设计一种辅助型双锥药型罩,通过AUTODYN数值模拟的方法,分析辅助药型罩材料和结构对射流性能的影响。结果表明,当主药型罩采用铜,辅助药型罩材料为钨时,射流综合性能优异;设计主药型罩大锥角70°,小锥角40°,壁厚2 mm,辅助药型罩厚度在2~6 mm时,随着厚度增加,射流性能改善,6 mm时射流性能最佳,辅助药型罩直径在20~28 mm时,26 mm时射流综合性能最佳。

环形缝隙喷嘴改进导流内锥式除尘滤筒脉冲喷吹性能的数值模拟

为提高除尘滤筒脉冲喷吹性能,研究了环形缝隙喷嘴对导流内锥式除尘滤筒清灰性能的改进作用,采用CFD数值模型对喷吹性能进行模拟,考察了除尘滤筒内部流场特征,研究了喷吹距离、文丘里管增设对喷吹效果的影响。结果表明:相比于普通喷嘴,使用环缝喷嘴后滤筒上部的负压几乎消失,滤筒内压力增大,喷吹强度提升;喷吹强度随着喷吹距离的增大呈先增后降的趋势,且喷吹均匀性逐渐改善,环缝喷嘴在喷吹距离为400 mm时,滤筒的清灰性能最佳,喷吹强度提升了44%;在滤筒上方开口处增设文丘里管可以使滤筒内压力峰值得到较大的提升,随着文丘里管安装高度升高,滤筒内的喷吹强度先升高再缓慢降低,变异系数呈先增后降的趋势,文丘里管安装高度为-30 mm时对喷吹强度提升最大(29%)。

柱锥结合药型罩射流成型及侵彻威力数值模拟

采用有限元软件Autodyn对柱锥结合药型罩在爆炸载荷下射流成型及侵彻性能进行了数值模拟,分析了圆柱罩部分直径及长度的尺寸效应,得到射流速度、有效长度、侵彻深度、穿孔直径等参数。研究结果表明:柱锥结合药型罩可以形成头部速度更高、侵彻能力更强的射流,随着圆柱部分直径和长度的增大,射流头部速度达到8110 m/s;当圆柱部分直径取30 mm,长度取20 mm时,聚能装药在最佳炸高下能完全穿透550 mm厚的钢靶。

LA-MC-ICP-MS方解石U-Pb定年技术

方解石在成岩过程、生物作用、热液过程等多种地质环境中广泛形成,激光剥蚀电感耦合等离子体质谱(LA-ICP-MS)方解石U-Pb定年技术在解决关键地质问题中具有广阔的应用前景。方解石中U含量相对低(<5.0×10^(-6)),普通Pb占比高(238 U/206 Pb<1),这对仪器灵敏度提出了高要求。相比于Q-ICP-MS和SF-ICP-MS,MC-ICP-MS具有同位素同时测定优势,分析精度更高。前人优化了仪器参数,对提高灵敏度进行了一些尝试,为了最大化的提高灵敏度,本研究基于Neptune Plus型号MC-ICP-MS,系统优化锥组合和辅助氮气,使得U和Pb元素灵敏度最优。研究表明采用Jet+X锥结合氮气增敏(N 2=4.0mL·min^(-1))条件下仪器灵敏度最高,相比于常规条件(S+H锥未结合氮气增敏),U和Pb的信号强度分别提高4倍和3倍。同时我们发现氮气增敏情况与锥组合有很大的关系,当采用X型号截取锥时,氮气的引入可以使得U的信号强度提高,而采用H型号截取锥时,氮气的引入并没有改变信号强度。基于优化后的仪器参数,本文建立了高空间分辨率(~85μm)LA-MC-ICP-MS方解石U-Pb定年方法。采用三个方解石U-Pb定年标准物质对方法进行了验证,所得结果与ID-TIMS定值结果在误差范围内一致,证明我们的方法对低U(~0.03×10^(-6))样品的分析是有效的。初步测定了两个实验室内部标准物质:TLM和LSJ07。一次测量TLM的结果为219.8±2.3Ma(2s,n=30),两次测量LSJ07的结果为26.4±0.2Ma(2s,n=30)和26.7±0.2Ma(2s,n=30)。这两个标准物质的普通铅占比相对较低,是潜在的方解石U-Pb定年标准物质。我们发现激光束斑大小的改变明显影响到结果的准确度,这可能与不同束斑下的分馏效应差异性有关,特别是当束斑小于60μm时。因此我们建议在进行方解石U-Pb定年时,标样和未知样品要严格匹配激光参数,最后初步讨论了方解石U-Pb体系的封闭情况。

基于EHD的射流稳定性机理分析与实验研究

电流体动力喷印(EHDP)是一种新兴的微/纳米加工工艺,其成型机理复杂,影响因素众多。为了探究EHDP过程中各个参数对射流的成型及稳定性的影响,利用弯月面高度及泰勒锥半锥角来表征射流成型难度及稳定性。对泰勒锥的受力进行理论分析,并搭建EHDP平台,进行EHDP实验,揭示溶液电导率、电压、工作距离及喷头内径对弯月面高度和泰勒锥半锥角的影响规律,最终获得最佳喷印参数。结果表明,溶液电导率越小,电压越大;工作距离越小,喷头内径越大;弯月面高度越小,射流产生难度越低,射流越稳定。在电导率为4μS/cm、工作电压为5 kV、工作距离为2.0 mm、喷头内径为0.25 mm时,弯月面高度能达到107.8μm,半锥角为46.2°,此时射流最易成型、最为稳定。

C型聚能管锥角的优化研究

在聚能爆破技术中,为了获得C型聚能管的最佳锥角,在保持聚能管其他参数一致的情况下,利用LS-DYNA建立聚能单孔爆破模型;采用控制变量法,对4种不同锥角时聚能射流的侵彻特征和围岩中裂缝的扩展特征进行对比研究。研究结果表明:在聚能管其他参数一致的情况下,随着锥角的增大,压碎区半径先减小、后增大,射流侵彻深度与聚能方向上的径向裂缝长度先增大、后减小;当锥角为50°时,聚能射流侵彻深度最大,压碎区范围最小,聚能方向上的径向裂缝最长,对保留围岩的损伤最小。故在其他条件保持一致的情况下,C型聚能管的最佳锥角为50°。

直射式气动雾化喷嘴对燃烧室性能的影响

为了深入分析燃油喷嘴对燃气轮机燃烧室性能的影响,针对燃气轮机燃烧室中的直射式气动雾化喷嘴开展了数值模拟,获得了气流流量、燃油流量和气液比对雾化性能的影响规律,喷嘴的雾化性能参数包括雾化粒径和雾化锥角。结果表明:气液比和气流流量对该型喷嘴的雾化性能有显著影响,燃油流量对雾化性能的影响较小;气液两相间相对速度是影响该型喷嘴雾化性能的决定因素,相对速度增大有利于减小雾化粒径,并增大雾化锥角;气流流量和气液比的增大均有利于雾化粒径的减小,燃油流量的增加将使雾化粒径增大;增大气流流量、气液比和减小燃油流量均可使雾化锥角增大;该型喷嘴的雾化锥角变化范围为30.12°~41.24°,雾化粒径变化范围为131.46~186.52μm。喷嘴可实现在较小的雾化锥角变化范围内获得较宽的雾化粒径变化,以此匹配燃气轮机燃烧室不同工作状态,具有较高的实用价值。

锥角比对双锥药型罩射流成型影响的数值模拟

为了研究双锥药型罩上下锥角比对射流成型质量的影响,通过数值模拟方法研究了不同锥角比双锥药型罩所形成射流的头部最大速度、动能、射流长度和有效射流长度。研究结果表明:锥角比越大,射流头部最大速度越低;上锥角较小时产生的射流动能随锥角比增加而降低,上锥角较大时产生的射流动能随锥角比增加而增加;射流长度和有效射流长度随锥角比的增加而降低。

基于EHD微尺度3D打印喷射机理与规律研究

基于电流体动力学(EHD)微尺度3D打印(电流体动力喷射打印或电喷印)的成形机理复杂,成形影响因素较多,首先对泰勒锥的受力状况进行了理论分析,然后用有限元数值模拟和实验方法进行验证,探索了该微尺度3D打印方法的喷射机理,并揭示了电压、压力对锥射流喷射性能的影响规律。结果表明,电压越大,锥形越短;入口压力越大,锥形越长,同时也表明了在一定的电压和气压范围内喷印均可以正常进行,而不是特定的电压或气压,从而可以通过调节电压和气压改善锥射流及喷印质量。用光固化树脂材料进行的喷印实例中获得了较好的喷印质量。

电雾化装置及雾化模型研究

本文介绍了新研制的电雾化实验装置及其测试系统 .一系列实验表明该系统运行可靠 .在该装置上进行的实验表明 ,电雾化现象与溶液电导率、介电常数、表面张力、粘性以及电压、流量有关 .电雾化现象中存在“滴”模型、“脉动”模型、“锥—射流”模型、“不稳定”模型等几种不同的流动状态 .而在“锥—射流”模型时 ,溶液具有单分散的尺度分布 .本文还介绍了酒精溶液在电雾化过程中出现“锥—射流”

静电纺丝过程中泰勒锥、射流鞭动和电晕现象分析

目前,国内外研究人员针对静电纺丝已进行了广泛且深入的研究,其中观察和研究静电纺丝过程中的物理现象是当今研究的热点之一,这对于深入理解静电纺丝的原理、超细纤维的获得及特定样品的制备、装置的改进等具有重要意义。综述了静电纺丝中典型的几种物理现象,包括泰勒锥、射流鞭动和电晕现象,并对各个现象的产生原理、影响因素和改进措施等进行了综合的分析,为以后静电纺丝科学的发展和应用提供了有利参考和依据。

阵列式多管集成静电雾化试验分析

为了减小甚至消除多管集成静电雾化(multiplexed electrostatic atomization,MES)中相邻毛细管荷电射流间电场的相互作用,探索和优化MES雾化特性,通过设计错位毛细管阵列来扩大喷雾源间距,并在静电场中加介质来减小射流排斥作用,改善了电场均匀性。对不同介质作用下MES的雾化特性进行了试验研究,结果表明:介质作用下MES较无介质作用下全锥射流的雾化锥角增大,产生锥射流所需的电压及形成的电流增大,液滴粒径均匀性变差,液滴空间分布变均匀;且介质绝缘性越好,雾滴粒径越小,粒径分布越均匀;介质导电性越强,粒径均匀性越差,MES稳定性越好。所以通过扩大喷雾源间距和在静电场中插入介质能有效地改善喷雾源射流周围电场的均匀性,优化MES雾化特性。

药型罩结构参数对多模毁伤元形成的影响

运用LS—DYNA仿真软件研究了弧锥结合罩的结构参数对侵彻体形成的影响规律．对于起爆方式为中心点和不同位置的环形起爆，通过改变弧锥结合罩的圆弧曲率半径和锥角，对比分析了形成的侵彻体的性能，得出弧锥结合罩的结构参数对EFP成型的影响规律．结果表明，弧锥结合罩的圆弧曲率半径和锥角存在最优值，圆孤曲率半径在45～55mm、锥角在145°～155°范围内取值较好．优化设计了一种成型装药结构，并进行了试验验证，试验结果与数值模拟结果吻合较好，为进一步研究多模成型装药提供了参考．

小尺度荷电锥-射流场强分布特性研究

基于微小尺度荷电喷雾燃烧系统,进行了组合电场下乙醇的荷电雾化实验,得出了稳定的锥-射流雾化模式,并基于该模式,进行了理论分析计算。借助直角坐标系与极坐标的关系,采用椭圆积分的方法,求解出组合电场下射流区的场强分布。研究结果表明：环形电极在射流区产生的场强在喷嘴中心处产生的电场强度最大,环形电极圆心处的场强为0 V/m,当其他条件相同时,场强随着半锥角的增大而增大。环形电极的半径远大于喷嘴半径,极距较小,环形电极在射流区产生的场强与喷嘴电极所产生的场强相比可以忽略。在球坐标系φ为0°～49.3°范围内,射流区的电场强度电场分布是轴对称的极不均匀的场强,喷嘴中心处值较小,周围场强较高,利于雾滴荷电,改变环形电极电压参数,对射流区的场强分布没有影响,但对雾化区的场强起到了明显增强作用。

锥-射流模式下毛细管静电雾化流场的PIV测量

采用粒子图像速度场仪测量了毛细管微射流静电雾化流场,获得了毛细管静电雾化的典型雾化模式和锥-射流模式下雾场中雾滴的速度矢量图与流线图,分析了雾滴在输运过程中的受力情况和静电电压作用下的速度与流线变化。实验结果表明:在静电力与极化力、重力、流体拖曳力等共同作用下,随着荷电电压的增加,雾场流线分布均匀,雾滴在轴线上速度逐渐增加。在任一电压下,随着射流轴向距离的增加,同一截面上雾滴速度都有所增加,且速度的均匀性沿轴向有所提高。

高压静电雾化雾滴粒径双峰分布概率密度模型

为预测毛细管-环电极配置的高压静电雾化系统下水静电雾化雾滴粒径的分布规律,采用颗粒动态分析仪测试了该系统的雾化雾滴粒径。当环电极电压在15-25 kV之间时,静电雾化模式为泰勒锥射流模式,雾滴粒径呈显著双峰分布规律,对此利用一种可双峰分布的概率密度函数建立了预测该模式下粒径分布规律的统计学模型,并与试验数据对比进行了误差分析,讨论了误差原因。结果表明：随着电压的增加,电场力耦合因素的影响将导致误差增大;在每个电压工况下最大误差均出现在双峰之间的谷值附近,但均〈15%,总体上该模型能较好地与试验数据相符。